miniaturadeimagen|300px|Fiat Turbina
Un automóvil de turbina se caracteriza por estar propulsado por una turbina de gas. Dado que el árbol primario de salida de una turbina de gas gira a un número de rpm muy elevado, las unidades aplicadas a un automóvil necesitan un sistema reductor que permita su aplicación a la transmisión de un automóvil.
Introducción miniaturadeimagen|Figura 1. Esquema general de una turbina de gas. En general, se trata de un eje montado con compresor C y turbina T, al cual se intercala una cámara de combustión B
Las turbinas de gas aplicadas a los vehículos automóviles constan de varias partes (véase la figura 1) que hay que identificar antes de entrar en detalles. Según la figura 1, el conjunto C representa el compresor, que aspira y comprime una cierta cantidad de aire atmosférico. La potencia necesaria la proporciona un árbol o eje, “el árbol del compresor”, movido por una turbina situada a la salida de la cámara de combustión. A la salida del compresor, el aire comprimido entra en la cámara de combustión B. Allí se añade combustible (con un sistema de inyección adecuado) y se produce la combustión del mismo. Los gases calientes resultado de la combustión salen de la cámara de combustión por un pasaje expresamente diseñado al efecto. Los gases calientes mencionados mueven la turbina del compresor (unida al compresor mediante el árbol del compresor) y van a parar a la salida de la turbina (T). La turbina motriz puede coincidir con la turbina del compresor. En este caso solo hay un árbol motriz y de compresor. Es frecuente que haya dos árboles separados, movidos por dos turbinas: el árbol de compresor (movido por la turbina de compresor) y el árbol motriz (movido por la turbina motriz). El árbol motriz está representado por un segmento de línea negra horizontal a la derecha de la turbina con una flecha que indica la rotación.
Detalles interesantes A la entrada del compresor hay una abertura física que controla el caudal de aire y lo limita si es demasiado pequeño. La sección de paso es una superficie (que se puede medir en cm²). Este parámetro ha sido aprovechado en los reglamentos de competición porque permite limitar la potencia de una turbina determinada.Philip P. Walsh. Cuanto más alta es la relación de compresión y la temperatura de los gases a la salida de la cámara de combustión, mejor es el rendimiento de la turbina.Meherwan P. Boyce. En la práctica, existe un problema de los materiales relacionados con las turbinas,G.W. Meetham. por lo que hay que limitar la temperatura de los gases. Generalmente se consigue usando un exceso de aire (lo que reduce la temperatura de los gases, aunque a costa de rebajar el rendimiento de la turbina). Es posible mejorar el rendimiento empleando un intercambiador que calienta el aire comprimido (a la salida del compresor) con los gases de escape.Singh.
Resumen general Las turbinas de gas tienen un consumo específico al freno más alto que los motores de pistón. Este es el motivo principal que dificulta su aplicación a los automóviles.
Historia
1948. Rover P4 Turbine En enero de 1940 se produjo la primera reunión entre Sir Frank Whittle (uno de los inventores del motor de reacción y directivo de la compañía Power Jet) y Maurice Wilks (ingeniero jefe de la firma BRM), con el objetivo de colaborar en un automóvil con motor de turbina. Después de muchos años de pruebas y de trabajos conjuntos con Rolls-Royce, a principios de 1947 Rover finalizó satisfactoriamente las pruebas de un motor de turbina adaptado al automóvil.
Se trataba de un motor de 100 CV de potencia a 55.000 rpm. Contaba con un compresor centrífugo (movido por una turbina) que enviaba el aire a dos cámaras de combustión. Una vez iniciada la combustión, casi cualquier combustible que se inyectara se quemaba sin problemas (gasolina, diésel, parafina,...). Su consumo era excesivo, y era evidente que habría que añadir un intercambiador para mejorar su rendimiento. Un aspecto interesante era que la versión mejorada del motor (con 230 CV) tenía un régimen de funcionamiento que variaba entre las 7000 rpm del ralentí hasta las 55.000 rpm a la velocidad máxima. Hacía falta un motor auxiliar para poner en marcha la turbina pero, una vez en marcha, no necesitaba de ninguna caja de cambios, ni de embrague. La turbina actuaba como un enorme convertidor de par integrado en el conjunto.Malcolm Bobbitt.
1949-1950. Rover JET1
El Rover JET1 era un automóvil propulsado por una turbina de gas construido originalmente en Solihull en 1949/1950 por Rover y modificado a un estilo más aerodinámico en 1952. Logró el récord mundial de velocidad para un automóvil propulsado por una turbina de gas en 1952, con una velocidad de .BBC 1950: Gas turbine car gets road test
En marzo de 1950, Rover mostró al público el prototipo JET1, el primer automóvil propulsado con un motor de turbina de gas. El JET1 se encuentra actualmente en exhibición en el Museo de Ciencias de Londres.
1952. Socema-Gregoire mini|220x220px| Prototipo Socema-Grégoire con motor de turbina (1952)
La compañía francesa SOCEMA (Société de construction te de équipements mécaniques pour la aviation), fabricante de turbinas de gas para el sector aeronáutico, quería construir un automóvil para batir el récord mundial de velocidad para coches con turbina de gas. Para el motor diseñó una turbina pequeña con una potencia de 100 CV que pesaba 130 kg (modelo TGV 1 Cema Turbo). Se trataba de un turbina que constaba de un turbocompresor centrífugo movido por una turbina de alta presión (45.000 rpm) y de una turbina motriz de baja presión (a unas 23.000 rpm) que accionaba un árbol motor mediante un sistema reductor.
La parte automóvil (chasis y carrocería) fue encargada al ingeniero Jean Albert Grégoire. Sobre un chasis de aluminio colado (Alpax), adaptado del automóvil Hotchkiss-Grégoire, diseñó una carrocería muy aerodinámica y característica revestida de planchas de aluminio.
El proyecto fracasó antes de empezar cuando Rover batió un récord que superaba el máximo previsto para el Socema-Grégoire. Automobile Manufacturers Worldwide Registry. Sciences et techniques. RÉTROMOBILE 2005.
1953. General Motors Firebird
mini|220x220px|GM Firebird XP-21, también llamado Firebird 1
El prototipo XP-21 Firebird era un monoplaza que se presentó por primera vez en el hotel Waldorf Astoria de Nueva York (General Motors Motorama, 1954). Se trataba de un vehículo de de peso, de aspecto parecido a un avión, que disponía de una potencia de 370 CV a 13.000 rpm. La caja de cambios era de dos velocidades. The Michigan Technic. Giles Chapman. La carrocería era de resina reforzada con fibra de vidrio. El depósito de combustible (queroseno), tenía una capacidad de y estaba situado a la parte delantera, en el morro del vehículo (!!).
Las imágenes y las críticas escritas de la época muestran un diseño muy poco práctico. Los frenos de tambor estaban situados en el exterior de las ruedas para un mejor enfriamiento. Con las ruedas delanteras exteriores y no carenades, el conjunto debía de ser muy poco aerodinámico.
1954. Plymouth Turbine
El 1954 Chrysler presentó en el hotel Waldorf Astoria un automóvil modelo Plymouth equipado con un motor de turbina. Se trataba de un diseño con intercambiador de calor ("regenerator") que, calentando el aire comprimido con los gases de escape antes de entrar a la cámara de combustión, reducía el consumo de combustible.Hearst Magazines.Charles K. Hyde. Su consumo era de .
1954. Fiat Turbina
mini|300x300px|Una parte del circuito de pruebas de la fábrica Lingotto de FIAT en Turín mini|Fiat Turbina
Fiat investigó sobre una turbina aplicada al automóvil desde 1948. En el año 1954 hizo las primeras pruebas de un prototipo en el circuito construido en el techo de la factoría de Lingotto.
La turbina disponía de un compresor de dos etapas y una turbina única. La turbina motriz, separada de la turbina del compresor también era de un eje único. El motor equipaba un sistema reductor desde la turbina hasta el árbol motor de salida. La carrocería y el chasis serían proyectados por el ingeniero Luigi Fabio Rape. La potencia declarada era de 250 CV (220kW) a 22.000 rpm. La velocidad máxima estimada era de unos 250 km/h. El coeficiente aerodinámico de penetración (normalmente indicado por: , o ) era de 0,14 , un récord –como más bajo – que duró treinta años.Fabio Raffaelli. Design Museum Enterprise Limited.
1956. Renault Étoile Filante
miniatura|Renault Étoile Filante
Renault experimentó sobre los automóviles de turbina con el modelo Étoile Filante. Este vehículo fue proyectado por el ingeniero Albert Lory (creador de los victoriosos Delage de Gran Premio con motor de 1,5 litros).
Se trataba de un vehículo con chasis tubular, ruedas independientes y frenos de disco Dunlop suspendidos en el interior, separados de las ruedas. El motor era una turbina Turbomeca, modelo Turmo 1, de 270 CV. La carrocería era monoplaza, abierta y sin puertas. Muy aerodinámica y destinada a batir récords. En 1956, en el salar de Bonneville en Utah (USA), estableció el récord mundial de velocidad para automóviles impulsados por una turbina, con un registro de 307,8 km/h.
1963. Chrysler Turbine Car
Desde los años 50 del , Chrysler experimentó con la posibilidad de producir automóviles propulsados por una turbina de gas. En 1963 fabricó 55 unidades de un vehículo normal de calle, con carrocería Ghia (diseñada y fabricada en Italia) y un motor de turbina con regeneración de fabricación Chrysler. La mayoría de unidades (50) se cedieron gratuitamente a personas particulares para probarlas durante un período de tres meses. Unos 200 usuarios tuvieron la posibilidad de utilizar un coche de turbina en su rutina normal diaria e informar de los resultados. El programa fue un éxito a nivel publicitario y demostró la viabilidad de ese modelo de automóvil.Chrysler Turbine car. Índex de documents.The Chrysler Turbine car of 1963. History.Jay Leno’s 1964 Chrysler Turbine carTruth About Why Chrysler Destroyed The Turbine Cars. Paul Niedermeyer. 25 de novembre , 2009.
La turbina miniatura|Turbina Chrysler
Se trata de una turbina de gas con dos rodillos de turbina separados: un rodillo acciona el compresor centrífugo y el otro rodillo transmite la potencia a las ruedas motrices pasando por un reductor de engranajes. Una parte importante del calor de los gases de escape se recupera mediante dos discos cerámicos recuperadores.Croquis de la turbina (Español)
Según el croquis de la referencia adjunta (no incluido en este artículo), el funcionamiento es el siguiente: El aire es aspirado pasando por la entrada de aire (A) y es comprimido en el compresor (B). Un difusor envía el aire a la cámara de combustión (E) mezclado con el combustible inyectado por (C) y encendido por la bujía (D). En la cámara de combustión (E) se produce la combustión de la mezcla aire-combustible. Los gases salen de la cámara de combustión y accionan el rodillo del compresor, unido por un árbol al compresor (y los accesorios). Luego actúan sobre el carrete de fuerza o motriz, unido por un árbol al sistema reductor de engranajes. Los regeneradores (H), dos discos cerámicos que giran lentamente, se calientan con los gases de escape y transmiten el calor al aire comprimido a la salida del compresor. Los gases de escape, una vez han pasado por los regeneradores, son expulsados por dos conductos de escape hacia la atmósfera.
Temperaturas Cámara de combustión: Unos 1700 F (927 C). Una referencia indicaba 1400F (760 C). Gases de escape a la salida: Unos 140 F (60 C)Jay Leno Drives One of the Last Chrysler Turbines
Potencia 130 CV (97kW), par 576 Nm. Ralentí 22.000 rpm. Revoluciones máximas de diseño 44.600 rpm. Árbol de salida 3600 rpm.
Transmisión